摘要：光固化快速成型技術(shù)是一種新型加工方法，它集現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)、CAD/ CAM 技術(shù)、激光技術(shù)和新材料技術(shù)于一體，突破了傳統(tǒng)加工模式，大大縮短產(chǎn)品生產(chǎn)周期，在制模、直觀分析測試制品及醫(yī)學(xué)上有廣泛的用途。本文概述了光固化快速成型技術(shù)的原理及應(yīng)用。
zv|M*Wu 關(guān)鍵詞：光固化快速成型；原理；控制；應(yīng)用
&,_?>.\[< t{[gK V-b 快速成型技術(shù)是當(dāng)今世界飛速發(fā)展的制造技術(shù)之一。這種方法能簡捷、全自動(dòng)地制造出歷來各種加工方法難以制作的復(fù)雜立體形狀，在加工技術(shù)領(lǐng)域具有劃時(shí)代的作用[1，2]。
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s[
) T:dX4=z 光固化快速成型技術(shù)(Stereo Lithography Apparatus 簡稱SLA)是80年代中期開發(fā)的先進(jìn)制造手段，在快速成型方法中使用較為廣泛。它的突破性在于將傳統(tǒng)的“去除”加工法(由毛坯去除多余部分制成零件)改進(jìn)為增加加工法(由材料逐層累積形成零件)。SLA以其方便、生產(chǎn)周期短而在鑄造、模具與塑料加工行業(yè)得到了越來越廣泛的應(yīng)用[3～5]。
dqL -' mC% %)F'Zf 1 成型原理
lJ("6 aT? nh? 9R& 光固化快速成型制造技術(shù)不同于傳統(tǒng)的材料去除制造方法，它的成型原理[6～8]是：SLA將所設(shè)計(jì)零件的三維計(jì)算圖像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成一系列很薄的模型截面數(shù)據(jù)，然后在快速成型機(jī)上，用可控制的紫外線激光束，按計(jì)算機(jī)切片軟件所得到的每層薄片的二維圖形輪廓軌跡，對液態(tài)光敏樹脂進(jìn)行掃描固化，形成連續(xù)的固化點(diǎn)，從而構(gòu)成模型的一個(gè)薄截面輪廓。下一層以同樣的方法制造。該工藝從零件的最底薄層截面開始，一次一層連續(xù)進(jìn)行，直到三維立體模型制成。一般每層厚度為0.076～0.381mm，最后將制品從樹脂液中取出，進(jìn)行最終的硬化處理，再打光、電鍍、噴涂或著色即可。圖1所示為SLA控制原理示意圖。
'?z9,oW{ %e(9-M4* 圖1 SLA 控制原理
.wM:YX'[G .<0=a |IAz 要實(shí)現(xiàn)光固化快速成型，感光樹脂的選擇也很關(guān)鍵。它必須具有合適的粘度，固化后達(dá)到一定的強(qiáng)度，在固化時(shí)和固化后要有較小的收縮及扭曲變形等性能。更重要的是，為了高速、精密地制造一個(gè)零件，感光樹脂必須具有合適的光敏性能，不僅要在較低的光照能量下固化，且樹脂的固化深度也應(yīng)合適。
IsWcz+1n A> J1B(up 2 成型過程及控制
)#)nBM2\ D l4d'&! 光固化快速成型的過程分為前處理、分層疊加成型及后處理三個(gè)階段。
3^j~~ "2,w e!.7no 快速成型機(jī)只能接受計(jì)算機(jī)構(gòu)造的三維模型，然后才能進(jìn)行切片處理。因此，應(yīng)在計(jì)算機(jī)上采用計(jì)算機(jī)三維輔助設(shè)計(jì)軟件，根據(jù)產(chǎn)品的要求設(shè)計(jì)三維模型或?qū)⒁延挟a(chǎn)品的二維三視圖轉(zhuǎn)換成三維模型。
]VzqQ=U% uT'-B7N 制品越復(fù)雜，構(gòu)制三維模型越困難。用于構(gòu)造模型的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件很關(guān)鍵，要求具有較強(qiáng)的三維造型功能。目前快速成型行業(yè)中常用的計(jì)算機(jī)輔助軟件系統(tǒng)主要有Pro/ENGINEER、AutoCAD等。其中，Pro/ENGINEER軟件因有較強(qiáng)的實(shí)體造型和表面造型功能，可構(gòu)造非常復(fù)雜的模型，所以受到許多用戶的好評(píng)，但其價(jià)格較貴，系統(tǒng)較龐大，使用界面不夠友好，新用戶使用常需一段熟悉和積累經(jīng)驗(yàn)的過程。AutoCAD雖價(jià)格低，操作簡單，但成型復(fù)雜制品困難，設(shè)計(jì)費(fèi)工費(fèi)時(shí)。近年推出的SolidWorks的價(jià)格比較便宜，能基本滿足三維造型的要求，且界面友好，容易掌握，因此不少用戶對此軟件感興趣。
,*q#qW !! %_]=i@Y~ 上述計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件產(chǎn)生的模型文件輸出格式有多種，基中常見的有IGES(International Graphics Exchange Standard)、HPGL(HP Graphics Language)、STEP(Standard for the Exchange of Product)、DXF、STL(Stereo Lithography Interface Specification)等。STL格式是快速成型機(jī)常采用的一種模型文件輸出格式。
NW }>pb9 T$#FAEz 3 應(yīng)用
v&k>0lV, ^ o(?VX`2" 要將一種新產(chǎn)品成功地投入到競爭激烈的市場中需要其產(chǎn)品開發(fā)的速度快及生產(chǎn)周期短。只有將快速與柔性制造工藝結(jié)合才能達(dá)到理想效果。SLA集現(xiàn)代控制技術(shù)、CAD/CAM技術(shù)、激光技術(shù)和新材料科學(xué)的成果與一體，突破了傳統(tǒng)加工模式，大大縮短了產(chǎn)品的生產(chǎn)周期，提高了產(chǎn)品的市場競爭力。目前光固化快速成型技術(shù)的應(yīng)用主要有:
> cBGw'S m ]{<Ux (1) 用SLA制造模具
l6', y21)~ 用SLA工藝快速制成的立體樹脂模可以代替蠟?zāi)＿M(jìn)行結(jié)殼，型殼焙燒時(shí)去除樹脂膜，得到中空型殼，即可澆注出具有高尺寸精度和幾何形狀、表面光潔度較好的合金鑄件或直接用來制注射模的型腔，可以大大縮短制模過程，縮短制品開發(fā)周期，降低制造成本。
2 ]?w~qjWm eL] {#WL (2) 對樣品形狀及尺寸設(shè)計(jì)進(jìn)行直觀分析
T][-'0! 5HWwl.D 在新產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段，雖然可以借助設(shè)計(jì)圖紙和計(jì)算模擬對產(chǎn)品進(jìn)行評(píng)價(jià)，但不直觀，特別是形狀復(fù)雜產(chǎn)品，往往因難于想象其真實(shí)形貌而不能作出正確、及時(shí)的判斷。采用SLA可以快速制造樣品，供設(shè)計(jì)者和用戶直觀測量，并可迅速反復(fù)修改和制造，可大大縮短新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)周期，使設(shè)計(jì)符合預(yù)期的形狀和尺寸要求。
E.?E~ }z 7}2sIf[I (3) 用SLA制件進(jìn)行產(chǎn)品性能測試與分析
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